实施例
如图4至图9所示,本实施例以长江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙Ⅱ标预制半圆体为对象,涉及半圆体的平均密度为ρ=2.5吨/m3;本实施例的计算将整个半圆体划分为三个部分来分别计算,包括底板1V底板、拱圈2V拱圈、倒角6V倒角;在确定半圆体重心5距底板1下表面高度时,将拱圈2V拱圈和倒角6V倒角均等效为底板的等效结构,即重心的确定以均质等效底板的重心来确定。
本实施例中以两种结构形态类似的半圆体BYT1和BYT2来进行计算验证。
(1) 半圆体重心位置确定:
BYT1重心位置:
距底面高度:h=L/2=4.96/2m=2.48m
距底板1长度:底板1上有n=81个直径为D通孔=0.25m的通孔
V底板=V总-V透气孔=L×b×c-3.14×(D通孔/2)^2×c×n
=4.96×7×0.8-3.14×(0.25/2)^2×0.8×81=24.597m3
拱圈2上有n=54个直径为D通孔=0.25m的通孔
V拱圈=L×(3.14×R外径^2-3.14×R内径^2)/2-3.14×(D通孔/2)^2×d×n
=4.96×(3.14×3.5^2-3.14×3.05^2)/2-
3.14×(0.25/2)^2×0.45×54=21.760 m3
如图6所示,倒角6由两部分组成:拱圈2内壁两侧与底板1连接处的两个直角边长e=0.4m的三棱柱以及拱圈2两侧与底板1连接的高f=0.2m的长方体型四棱柱。
V倒角=L×e×e+f×d×L×2
=4.96×0.4×0.4+0.2×0.45×4.96×2=1.686 m3
V总= V底板+ V拱圈+ V倒角
=24.597+21.760+1.686=48.043m3
将半圆体等效为与底板同类型同质地的具有通孔的长方体型等效结构,则其中心高度在其等效高度的一半处。
V1/2= V总/2=48.043/2=24.022m3
故BYT1重心高度:L重心= V1/2/ V底板×c=24.022/24.597×0.8=0.781m
同理BYT1重心位置的计算,如图9所示,BYT2重心位置的具体计算过程如下:
距底面高度:h=4.96/2=2.48m
距底板1长度:V底板=4.96×7×0.8-3.14×(0.25/2)^2×0.8×72=24.95m3
此处计算中将外径R外径=3.5m,内径R内径=3.05m以及弧度α=150°的拱圈2等效为长度=3.14×(R外径+R内径)/2×(150°/180°),宽度=L=4.96,高度=d=0.45的长方体,并且长方体上具有45个直径0.25m的通孔
V拱圈=4.96×3.14×3.275×(150°/180°)×0.45-
3.14×(0.25/2)^2×45×0.45=18.13 m3
V倒角=4.96×0.4×0.4=0.794 m3
V总=24.95+18.13+0.794=43.874m3
V1/2=43.874/2=21.937m3
故BYT2重心5高度:L重心=21.937/24.95×0.8=0.703m
(2)吊点位置
BYT1:如图5所示,按主钩吊点圆心7的水平位置远离底板1方向偏离重心为300mm,竖直向下偏离重心高度为420mm。如此,调整后的主钩吊点圆心7如图6所示,计算偏移负载:
V底板=4.96×7×0.8-3.14×(0.25/2)^2×0.8×81=24.597m3
V拱圈=4.96×(3.14×3.5^2-3.14×3.05^2)/2-
3.14×(0.25/2)^2×0.45×54=21.760 m3
V倒角=4.96×0.4×0.4+0.2×0.45×4.96×2=1.686 m3
V总=24.597+21.760+1.686=48.043m3
主钩吊点圆心7水平位置远离底板方向偏离重心为300mm,在本实施例中,如图6所示,将计算得到的重心5高度等效到底板1上表面上,从而可以等效主钩吊点3的主钩吊点圆心7偏离底板1约0.3m。如图7所示,此时吊点上方即主钩吊点吊孔中心线8上部的体积V上在拱圈两端各减少了一个高度为0.1m的等效四棱柱的体积V四棱,并增加了两个直角边长均为0.1m三棱柱的体积V三棱×2;V下则为吊点下方即主钩吊点吊孔中心线8下部的体积;
故,V上= V拱圈-V四棱×2+ V三棱×2
V上=21.76-0.45×0.1×4.96×2+0.1×0.1×4.96×1/2×2=21.36 m3
V下= V总- V上=48.04-21.36=26.68 m3
V差= V下—V上=26.68-21.36=5.32 m3
副钩负载: G=5.32×2.5=13.3t
吊平后副钩负载:G=48.04×(2.9-2.06)/4.96×2.5=20.34t
同理BYT1吊点位置的计算,BYT2的计算按照主钩吊点圆心7水平位置偏移重心为 300mm即向拱圈偏移距重心300mm,竖直偏移重心为420 mm即向下偏移距重心420mm。计算偏移负载:
V底板=4.96×7×0.8-3.14×(0.25/2)^2×0.8×72=24.95m3
V拱圈=4.96×3.14×(3.5-0.225)×(150/180)×0.45-
3.14×(0.25/2)^2×45×0.45=18.13 m3
V倒角=4.96×0.4×0.4=0.794 m3
V总=24.95+18.13+0.794=43.87m3
同上述BYT1主钩吊点圆心7的确定,BYT2的主钩吊点圆心7离底板0.3m
V上=18.13-0.45×0.3×4.96×2+0.1×0.1×4.96=16.84 m3
V下=44.87-16.84=27.03 m3
V差=27.03-16.84=10.19 m3
副钩负载:G= V下—V上=10.19×2.5=25.23t
吊平后副钩负载:G=43.87×(2.9-2.06)/4.96×2.5=18.57t
结论:BYT1 G=48.1 m3×2.5=121.0t,BYT1副钩最大负载20.34t。
BYT2 G=44.1 m3×2.5=111.0t,BYT2副钩最大负载25.23t。
(3)起吊扁担和吊孔受力结构,如图8所示
(4)起吊扁担强度验算
a.扁担9受力示意图,如图8所示,其中F为主钩吊点3的上吊分力;G为主钩吊点3受到的半圆体的重力分力,本实施例中150t主钩间距7.6m,扁担为长度8m、直径D=360mm、厚度16mm钢管,d=328mm,起吊点与吊孔边距离为0.3m。
b.圆管截面抗弯系数W:
c.起吊点处的最大弯矩Mmax:
单件半圆体重量按1400KN计,因此钢丝绳拉力P1在垂直扁担方向的分力为700KN,此分力在过渡圆扁担的起吊点处产生最大弯矩Mmax。
Mmax=700KN×0.3m=210 KN.m=21×106N.cm
d.吊点处的最大应力б1:
e.容许应力[б](MPa)
容许应力取为[б]= бs/1.5,选用Q235板材料,当厚度δ≤16mm时,бs≈235 MPa,则
因此圆扁担的强度满足要求,为确保安全性在管内两端内加十字加劲板。(厚度14mm、伸入长度1500mm)
BYT1起吊及翻转门吊受力状态分析
(1)起吊时受力状态
起吊时主要考虑构件自重和底模吸附力:
底模面积S=S底板+S拱圈+S倒角
=7.0×0.8+(3.14×3.5×3.5-3.14×3.05×3.05)/2+(0.45×0.2+0.5×0.4×0.4)×2=10.57m2
吸附力取1t/ m2,为10.57t
起吊重量为121+10.57=131.57t
按吊点位置在起吊时主钩负载为118.27t,副钩负载为13.3t。
BYT1主钩负载为131.57-13.3=118.27t <150t满足起吊要求
BYT1副钩负载为 13.3t <50t满足起吊要求
因BYT2的质量小于BYT1故而此处不再对起吊BYT2时的主钩负载予以考虑,BYT2副钩负载为 25.23t <50t满足起吊要求
(2)副钩有效时,半圆体翻转时受力状态
起吊后离地面30cm,已克服吸附力,翻转时考虑冲击系数取1.2-1.3,
按吊点位置在翻转时BYT1主钩负载为(121-13.3)×1.2=107.7×1.2=130.0t
BYT2副钩负载为25.23×1.3=32.8 t
主钩负载为130.0t <150t满足翻转要求
副钩负载为 32.8t <50t满足翻转要求
(3)最不利状态受力分析
主钩完全负载,负钩不负载为最不利状态
起吊时BYT1 131.57t<150t满足起吊要求
翻转时BYT1 121×1.2=145.2t<150t满足翻转要求。
本发明动态翻转过程对结构物无直接损伤和外力牵引的影响,对吊点处设置按要求设置加强钢筋和吊孔采用钢管护壁保障吊点处砼无损伤,其翻转过程完全利用结构物自身重力作用,通过副钩平衡稳定及放松来实现结构物翻转,空中翻转简便、防止了一般吊具翻转过程中牵引拉力强行翻转的弊端,其安全性及稳定性得到可靠保证。利用门吊结构的特点,减少重新配置吊具的投入,适合于预制场内利用门机设备进行场内翻转和倒运。
本发明公开的半圆体空中翻转工艺,降低了半圆体空中翻转的难度,结构简单,操作方便,同时还提高了半圆体空中翻转的安全性,提高了翻转效率。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段,还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。